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六氟化硫氣體體積、質(zhì)量如何換算

2020-5-27 16:07:35

六氟化硫氣體的質(zhì)量與體積的換算非常復(fù)雜，譜源氣體收集了一篇技術(shù)文檔供大家參考，非專業(yè)人士可能覺得六氟化硫氣體的換算確實讓人摸不著頭腦。譜源氣體小編也在不斷學(xué)習(xí)當(dāng)中，以后盡可能給大家一個非常簡單的換算方法，更多知識的學(xué)習(xí)關(guān)注我們譜源氣體。

譜源氣體小知識分享：
例如：
1.17（壓力12.5Mpa時sf6氣體的充裝系數(shù) ）× 40L（鋼瓶規(guī)格）≈50kg（sf6氣體凈含量）
1kg六氟化硫氣體從鋼瓶可放出約0.21方的氣體，一瓶50kg約放出來10個方的sf6氣體。

SF6氣體的壓力、體積、物質(zhì)的量和溫度的關(guān)系的相關(guān)知識

★六氟化硫，分子式SF6，相對分子質(zhì)量為146.06，常溫常壓下為無色、無味、無毒、無腐蝕性、不燃、不爆炸的氣體，密度約為空氣的5倍，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度為6.0886kg/立方米.在低溫和加壓情況下呈液態(tài)，冷凍后變成白色固體。升華溫度為-63.9℃,熔點-50.8℃,臨界溫度45.55℃，臨界壓力為3.759MPa。六氟化硫具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，卓越的電絕緣性和滅弧性能

★SF6氣體液化溫度:它在一個大氣壓下(即0.1MPa)，液化溫度為-62℃；在1.2MPa壓力下，液化溫度為0℃；一般充入斷路器的SF6氣體壓力為0.35～0.65MPa范圍(由充氣時的環(huán)境溫度具體確定)，其液化溫度為-40℃。

★臨界溫度是SF6氣體出現(xiàn)液化的最高溫度臨界壓力表示在這個溫度下出現(xiàn)液化所需的氣體壓力。SF6只有在溫度高于45度以上時才能保持氣態(tài)，在通常使用條件下，它有液化的可能性，因此SF6不能在低溫度和過低壓力下使用。

★SF6 的電氣強度約為空氣的2 . 5 倍，滅弧能力更高達空氣的100 倍以上，所以在超高壓和特高壓的范疇內(nèi)，它已完全取代絕緣油和壓縮空氣而成為唯一的斷路器滅弧媒質(zhì)。

★六氟化硫理化特性方面的若干問題氣體要作為絕緣媒質(zhì)應(yīng)用于工程實際，不但應(yīng)具有高電氣強度，而且還要具備良好的理今化特性。sF6氣體是唯一獲得廣泛應(yīng)用的強電負(fù)性氣體的原因即在于此.C 下面對SF6氣體實際應(yīng)用中的理化特性作一介紹：

（一）液化問題

現(xiàn)代sF6 高壓斷路器的氣壓在0 . 7Mpa 左右，而GIS 中除斷路器外其余部分的充氣壓力一般不超過0.45MPa 。，如果20℃ 時的充氣壓力為0 . 75MPa （相當(dāng)于斷路器中常用的工作氣壓）, 則對應(yīng)的液化溫度約為－25℃ ，如果20℃ 時的充氣壓力為0 . 45MPa ，則對應(yīng)的液化溫度為一40℃，可見一般不存在液化問題，只有在高寒地區(qū)才需要對斷路器采用加熱措施，或采用sF6-N2 混合氣體來降低液化溫度。

二）毒性分解物

純凈的SF6幾氣體是無毒惰性氣體，180 攝氏度以下時它與電氣設(shè)備中材料的相容性與氮氣相似.但SF6 的分解物有毒，并對材料有腐蝕作用，因此必須采取措施以保證人身和設(shè)備的安全。

二、六氟化硫混合氣體

1 sF6 氣體價格較高

2 液化溫度不夠低

3 對電氣不均勻度太敏感

目前國內(nèi)外都在研究SF6混合氣體，以期在某些場合用SF6混合氣體來代替SF6

氣體.目前已獲工業(yè)應(yīng)用的是sF6 一N2 混合氣體，主要用作高寒地區(qū)斷路器的絕緣媒質(zhì)和滅弧材料，采用的混合比通常為50 % : 50 ％或60 % : 40 ％。

★在常壓-63℃時，變成無色的固體物質(zhì)。加壓時可熔化，其三相點參數(shù)為：t＝-50.8℃,p＝0.23MPa。

六氟化硫的臨界壓力和臨界溫度都很高，臨界壓力3.9MPa，臨界溫度為45.6℃。在臨界壓力和臨界溫度下六氟化硫氣體的密度是7.3g/L。

在3.9MPa以上的壓力，無論多么高，它的液化溫度都是45.6℃，是一條直線。因此，臨界溫度是液化的最高溫度，而臨界壓力是液化的最小壓力。

六氟化硫的熔點，其參數(shù)為TM=－50.8℃，PM=0.23 MPa，這點是氣、液、固三相共存狀態(tài)。B點為六氟化硫沸點，TB=－63.8℃，飽和蒸汽壓等于0.1 MPa。

★許多氣體在通常情況下，可視為理想氣體，它們的狀態(tài)參數(shù)之間存在簡單的關(guān)系，即理想氣體狀態(tài)方程式：

pV=mRT/M=nRT

式中：m——氣體質(zhì)量，g

P——氣體壓強，MPa

T——溫度，K

V——氣體體積，L

M——氣體摩爾質(zhì)量，g/mol

R——摩爾氣體常數(shù)（=0.0082MPa·L/（K·mol））

從數(shù)學(xué)上說，當(dāng)一個方程中只含有1個未知量時，就可以計算出這個未知量。因此，在壓強、體積、溫度和所含物質(zhì)的量這4個量中，只要知道其中的3個量即可算出第四個量。這個方程根據(jù)需要計算的目標(biāo)不同，可以轉(zhuǎn)換為下面4個等效的公式：

　　求壓力： p=nRT/v

　　求體積： v=nRT/p

　　求所含物質(zhì)的量：n=pv/RT

　　求溫度：T=pv/nR

根據(jù)氣體狀態(tài)方程可以推斷氣體狀態(tài)變化時各參數(shù)之間的關(guān)系。例如氣體在等溫壓縮（或等溫膨脹）時，壓力與密度成正比。

★當(dāng)壓力高于0.3~0.5 MPa時，由于六氟化硫分子間壓力與密度變化關(guān)系(t=20℃)

吸引力隨密度增大即分子間距離的減小而愈益顯著。 1—按理想氣體變化

實際的氣體壓力變化特性，與按理想氣體變化定律 2—六氟化硫氣體壓力變化

推導(dǎo)出來的各種關(guān)系式用來計算六氟化硫參數(shù)會產(chǎn)

生較大誤差。

在實際使用中，為較準(zhǔn)確地計算六氟化硫的狀態(tài)參數(shù)常采用經(jīng)驗公式，下面的公式是比較

實用的。

P=56.2*10^-6*γ*T*(1+B)-γ^2*A

A=74.9*10^-6*(1-0.727*10^-3*γ)

B=2.51*10^-3*γ*(1-0.846*10^-3*γ)

其中，P為SF6氣體的壓力 MPa

γ為氣體的密度 kg/m^3

T為氣體的溫度 K

T=t+273.15

★六氟化硫氣體狀態(tài)參數(shù)曲線的應(yīng)用

應(yīng)用狀態(tài)參數(shù)曲線圖可以較方便地計算六氟化硫的狀態(tài)參數(shù)，以及求取液化或固化的溫度。

1.計算斷路器內(nèi)六氟化硫氣體的充氣體積

例如，某六氟化硫斷路器，在20℃時工作壓力為0.45 MPa，（表壓），六氟化硫氣體充裝量為31kg，求斷路器內(nèi)部充氣體積。

在20℃時工作壓力0.45 MPa，則絕對壓力為0.55 MPa，由20℃，0.55 MPa壓力，查得圖1-4歇直線簇中工作點S，估算這條經(jīng)過S點的平行于斜直線簇的斜線的密度是35kg/ m3

則六氟化硫斷路器的充氣體積為：31/35=0.886 m3。

2.求六氟化硫斷路器內(nèi)部充氣壓力隨外界溫度變化而變化的允許范圍

例如，在20℃時，上述充氣工作壓力為0.45 MPa，絕對壓力為0.55 MPa的六氟化硫斷路器。在環(huán)境溫度升至30℃，若保持密度=35 kg/ m3不變，沿此斜線在圖1-4的S點右側(cè)查得30℃時，絕對壓力為0.58 MPa，工作壓力則為0.48MPa。而在溫度降至－10℃時，沿密度=35 kg/ m3斜線可以在S點左側(cè)查出-10℃時，絕對壓力為0.49 Mpa，工作壓力為0.39MPa。結(jié)果表明，外界溫度在－10℃到30℃之間變化時，六氟化硫斷路器的工作壓力可以在0.39 MPa到0.48 MPa之間變化。（20℃時充氣壓力0.45 MPa）。

3.了解不同工作壓力下六氟化硫氣體液化時的溫度

上例中的六氟化硫斷路器，20℃時工作壓力0.45 MPa，密度=35 kg/ m3，工作點S，過S點的斜線交與AMB曲線于T點，此點溫度t=－33℃，相應(yīng)的工作壓力為0.35 MPa。即此斷路器中六氟化硫氣體，在－33℃時開始液化。T點表示溫度下降而出現(xiàn)凝結(jié)的液化點。

六氟化硫氣體一旦開始液化，隨溫度繼續(xù)下降，六氟化硫氣體不斷凝結(jié)成液體，氣體的密度不再保持常數(shù)而是不斷減小，而且氣體的壓力下降得更快。溫度降到液化點并不表示全部氣體立刻被凝結(jié)成液體，只是凝結(jié)的開始。但當(dāng)溫度繼續(xù)降低，氣體的壓力、密度下降更快時，六氟化硫氣體的絕緣、滅弧性能都迅速下降，所以六氟化硫斷路器不允許工作溫度低于液化點。

從曲線AMB可以看出，六氟化硫斷路器工作壓力（指表壓）越高，液化溫度越高。液化溫度與斷路器的工作壓力有關(guān)。若按液化溫度不高與－20℃計算，相應(yīng)的在20℃時的絕對壓力不應(yīng)高與0.82 MPa，工作壓力（表壓）不應(yīng)高于0.72 MPa。

斷路器工作壓力很低時，溫度下降時可能不出現(xiàn)液化而直接凝成固體。

★可知SF6型斷路器的使用環(huán)境條件為-30℃～+40℃，額定壓力0.45MPa，閉鎖壓力0.4MPa，分析結(jié)果也可以用玻義耳-馬略特氣體狀態(tài)方程PV/T=P1V1/T1進行計算驗證。其中：P為壓力；V為體積；T為溫度(絕對溫度) ；P1為變化后壓力；V1為變化后體積；T1為變化后溫度。　當(dāng)體積不變，SF6氣體壓力隨著溫度的變化而變化，可計算出LW8-35型斷路器的SF6氣體壓力變化值，將參數(shù)代入式中得： P1=P×T1/T0.45MPa×(273℃-39℃)/(273℃+20℃)=0.36MPa 　當(dāng)SF6氣體溫度由20℃變至-39℃時，SF6氣體壓力由0.45MPa變至0.36MPa，已經(jīng)低于閉鎖壓力0.4MPa了

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